C++中STL中的迭代器
在 C++ 中，迭代器是一种数据结构，可以用于遍历（迭代）STL容器中的元素，例如 std::vector，std::list等等。它们提供了一种通用的方式来访问和操作容器中的元素，而不必关心容器的底层实现细节。
迭代器类似于指针，因为它们可以指向容器中的元素。通过使用迭代器，可以实现对容器中元素的读写操作。STL中有多种类型的迭代器，包括：
输入迭代器（Input Iterator）：只能单向移动，并且只能用于读取容器中的元素。例如，std::istream_iterator 是一个输入迭代器，它可以从标准输入流中读取数据。
输出迭代器（Output Iterator）：只能单向移动，并且只能用于写入容器中的元素。例如，std::ostream_iterator 是一个输出迭代器，它可以向标准输出流中写入数据。
前向迭代器（Forward Iterator）：可以单向移动，并且可以用于读取和写入容器中的元素。例如，std::forward_list 的迭代器就是前向迭代器。
双向迭代器（Bidirectional Iterator）：可以双向移动（向前或向后），并且可以用于读取和写入容器中的元素。例如，std::list 的迭代器就是双向迭代器。
随机访问迭代器（Random Access Iterator）：可以双向移动，并且支持随机访问容器中的元素。例如，std::vector 的迭代器就是随机访问迭代器。
总的来说，迭代器是一种非常有用的工具，它们提供了一种通用的方式来访问和操作STL容器中的元素。了解每种类型的迭代器及其特点，可以更好地使用STL库中的容器。
除了不同类型的迭代器，STL中的迭代器还有其他特点和用法。下面列出了一些迭代器的重要特点和使用方法：
迭代器是指针的抽象：迭代器的使用方式类似于指针，可以使用类似 * 和 -> 运算符来访问容器中的元素。但是，不同类型的迭代器可能有不同的行为和限制，例如有些迭代器不支持递增运算符。
迭代器可以进行算术运算：对于支持随机访问的迭代器，可以使用加法或减法运算符来移动迭代器。例如，可以使用 it + 5 来将迭代器 it 移动5个元素。
迭代器可以比较：可以使用相等运算符（==）和不等运算符（!=）来比较迭代器。比较的结果取决于迭代器指向的元素是否相等，而不是迭代器本身的地址。
迭代器可以被拷贝：迭代器可以使用赋值运算符来进行拷贝。拷贝后的迭代器指向与原始迭代器相同的元素。但是，对于某些类型的迭代器（例如输入迭代器），拷贝迭代器并不会影响原始迭代器的行为。
迭代器可以用于算法：STL提供了许多算法，例如 std::find 和 std::sort，可以使用迭代器作为参数。这些算法可以在容器中查找元素，排序元素等等。
总的来说，迭代器是STL库的一个非常重要的组成部分，它提供了一种通用的方式来访问和操作容器中的元素。了解迭代器的特点和用法可以更好地理解和使用STL库中的容器和算法。
在C++中，迭代器是通过类来实现的。迭代器类通常具有以下结构：
template <class T>
class Iterator {
public:
// 构造函数
Iterator();
// 解引用操作符
T& operator*() const;
// 前缀递增运算符
Iterator<T>& operator++();
// 后缀递增运算符
Iterator<T> operator++(int);
// 比较运算符
bool operator==(const Iterator<T>& other) const;
bool operator!=(const Iterator<T>& other) const;
// 其他操作符和成员函数，根据迭代器类型的不同而有所不同
};其中，模板参数 T 表示迭代器指向的元素类型。迭代器类通常包含构造函数、解引用操作符、递增运算符和比较运算符等成员函数。
下面给出一个具体的例子，演示如何实现一个支持随机访问的迭代器，以访问 std::vector 容器中的元素：
template <typename T>
class RandomAccessIterator {
public:
using iterator_category = std::random_access_iterator_tag;
using value_type = T;
using difference_type = std::ptrdiff_t;
using pointer = T*;
using reference = T&;
// 构造函数
RandomAccessIterator(pointer ptr = nullptr) : m_ptr(ptr) {}
// 解引用操作符
reference operator*() const { return *m_ptr; }
// 前缀递增运算符
RandomAccessIterator& operator++() {
++m_ptr;
return *this;
}
// 后缀递增运算符
RandomAccessIterator operator++(int) {
RandomAccessIterator tmp(*this);
++(*this);
return tmp;
}
// 前缀递减运算符
RandomAccessIterator& operator--() {
--m_ptr;
return *this;
}
// 后缀递减运算符
RandomAccessIterator operator--(int) {
RandomAccessIterator tmp(*this);
--(*this);
return tmp;
}
// 加法运算符
RandomAccessIterator operator+(difference_type n) const {
return RandomAccessIterator(m_ptr + n);
}
// 减法运算符
RandomAccessIterator operator-(difference_type n) const {
return RandomAccessIterator(m_ptr - n);
}
// 递增运算符
RandomAccessIterator& operator+=(difference_type n) {
m_ptr += n;
return *this;
}
// 递减运算符
RandomAccessIterator& operator-=(difference_type n) {
m_ptr -= n;
return *this;
}
// 比较运算符
bool operator==(const RandomAccessIterator& other) const {
return m_ptr == other.m_ptr;
}
bool operator!=(const RandomAccessIterator& other) const {
return m_ptr != other.m_ptr;
}
bool operator<(const RandomAccessIterator& other) const {
return m_ptr < other.m_ptr;
}
bool operator>(const RandomAccessIterator& other) const {
return m_ptr > other.m_ptr;
}
bool operator<=(const RandomAccessIterator& other) const {
return m_ptr <= other.m_ptr;
}
bool operator>=(const RandomAccessIterator& other) const {
return m_ptr >= other.m_ptr;
}
// 计算迭代器之间的距离
difference_type operator-(const RandomAccessIterator& other) const {
return m_ptr - other.m_ptr;
}
// 解引用运算符
reference operator[](difference_type n) const {
return *(m_ptr + n);
}
private:
pointer m_ptr;
};
上面这个例子实现了一个支持随机访问的迭代器，它包含了指向元素的指针和一些操作符函数，例如解引用操作符、递增递减运算符、加减运算符、比较运算符等等。
使用这个迭代器类可以方便地遍历 std::vector 容器中的元素，例如：
```c++
#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
std::vector<int> vec { 1, 2, 3, 4, 5 };
RandomAccessIterator<int> iter = vec.begin();
std::cout << *iter << std::endl; // 输出 1
++iter;
std::cout << *iter << std::endl; // 输出 2
iter += 2;
std::cout << *iter << std::endl; // 输出 4
iter--;
std::cout << *iter << std::endl; // 输出 3
std::cout << (iter < vec.end()) << std::endl; // 输出 true
return 0;
}在这个例子中，我们首先创建了一个 std::vector<int> 容器，并将其赋值给一个迭代器。然后通过迭代器进行随机访问，输出容器中的元素。这里的迭代器使用了 RandomAccessIterator 类型。我们通过 ++, --, +=, -= 等操作符，对迭代器进行了递增、递减和移动操作。最后，我们使用比较运算符判断迭代器是否到达了容器的结尾。
